Vertauschte Zähler: Ein häufiger Verkabelungsfehler
1 · Vorhersagen
Wenn ein Voltmeter versehentlich in Reihe geschaltet wird (wo das Amperemeter hingehört) und ein Amperemeter parallel geschaltet wird (wo das Voltmeter hingehört), was passiert dann mit dem Strom des Widerstands, egal welchen Widerstand Sie wählen?
- Der Strom ist immer Null – der große Widerstand des Serienvoltmeters blockiert den Stromkreis vollständig.
- Die Schaltung funktioniert immer noch normal, nur mit ungenaueren Messwerten.
- Die Strömung wird gefährlich groß.
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die Preset mit den ausgetauschten Zählern und drücken Sie „Zurücksetzen“. Das Voltmeter ist (fälschlicherweise) in Reihe geschaltet; Das Amperemeter ist (fälschlicherweise) parallel zum Widerstand geschaltet.
- Aktivieren Sie die Stromanzeige am Widerstand.
- Stellen Sie den Wert von R1 für jeden Versuch ein und zeichnen Sie den Strom des Widerstands auf.
3 · Daten sammeln
| Widerstand R1 (Ω) | Widerstandsstrom I (A) |
|---|---|
| 50.00 | |
| 100.00 | |
| 200.00 |
Tragen Sie den Strom I (y-Achse) gegen R1 (x-Achse) für Ihre drei Versuche auf. Liegt die Linie flach bei Null?
4 · Auswerten
- Ein ideales Voltmeter in Reihe fungiert als offener Stromkreis (im Wesentlichen unendlicher Widerstand), sodass nirgendwo in der Schleife Strom fließen kann, unabhängig vom Wert von R1.
- Erklären Sie, warum das Serienvoltmeter – das messen soll, ohne Strom zu ziehen – stattdessen den gesamten Strom blockiert, wenn es der einzige verfügbare Pfad ist, und warum die Spannung des Widerstands daher ebenfalls Null anzeigt.
5 · Vertiefen
- Das parallele Amperemeter (0 Ω) schließt den Widerstand tatsächlich kurz: Der Strom fließt bevorzugt durch das Amperemeter und nicht durch R1. In einem realen Stromkreis mit einem nicht idealen (aber immer noch niederohmigen) Amperemeter kann dieser Fehler einen gefährlich hohen Strom ziehen und das Messgerät beschädigen. Erklären Sie, warum die „Messung des Stroms mit einem parallel geschalteten Amperemeter“ eine reale Gefahr bei der Verkabelung darstellt und nicht nur eine theoretische Kuriosität.
- Wenn Sie einen Stromkreis aufbauen und bei einer ordnungsgemäß funktionierenden Batterie überall keinen Strom feststellen würden, was würde Ihnen die Überprüfung der Platzierung Ihres Voltmeters über einen möglichen Verkabelungsfehler sagen?
Die Physik hinter diesem Experiment
Warum die Platzierung des Messgeräts wichtig ist
Der sehr hohe Widerstand eines Voltmeters ist in Parallelschaltung in Ordnung (wo es vernachlässigbaren Strom zieht), wird jedoch zu einem effektiven offenen Stromkreis, wenn es in Reihe geschaltet wird. Der sehr niedrige Widerstand eines Amperemeters ist in Reihe in Ordnung, führt jedoch zu einem wirksamen Kurzschluss, wenn es parallel geschaltet wird.